JP2019065808A - Intake system structure for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の技術は、内燃機関の吸気系構造に関し、特に、吸気マニホールドの吸気流路構造に関する。 The technology of the present disclosure relates to an intake system structure of an internal combustion engine, and more particularly to an intake channel structure of an intake manifold.
従来、内燃機関においては、排気ガスの少なくとも一部を吸気系に再循環させる排気再循環装置(Exhaust Gas Recirculation System:以下、EGR装置)が広く実用化されている。この種のEGR装置は、例えば、特許文献1等に開示されている。当該文献に開示されたEGR装置は、EGR配管を過給機のコンプレッサよりも下流側の吸気系(例えば、吸気マニホールド)に合流させた所謂高圧EGR装置である。
BACKGROUND Conventionally, in an internal combustion engine, an exhaust gas recirculation system (hereinafter referred to as an EGR system) for recirculating at least a part of exhaust gas to an intake system has been widely put to practical use. An EGR device of this type is disclosed, for example, in
高圧EGR装置において、EGR配管を吸気マニホールドに合流させると、吸気マニホールド内にEGRガスを導入するEGR還流部と、吸気を各吸気ポートに分配する吸気分配部との距離が短くなる。これらEGR還流部と吸気分配部との距離が短くなると、EGRガスが新気と十分に混合されることなく吸気分配部に流れ込む場合がある。 In the high pressure EGR device, when the EGR pipe is joined to the intake manifold, the distance between the EGR recirculation unit for introducing the EGR gas into the intake manifold and the intake distribution unit for distributing the intake to each intake port becomes short. When the distance between the EGR recirculation unit and the intake air distribution unit becomes short, the EGR gas may flow into the intake air distribution unit without being sufficiently mixed with the fresh air.
各気筒にEGRガスと新気との混合が不十分な状態の吸気が供給されると、EGRガス濃度が過剰に高い気筒では失火を生じたり、酸素濃度が過剰に高い気筒では燃焼温度の上昇によりノッキングを生じたりするといった課題がある。このような現象は、特に、天然ガスを燃料とするエンジンにて生じやすい傾向がある。 If intake air with insufficient mixing of EGR gas and fresh air is supplied to each cylinder, a misfire occurs in a cylinder where the EGR gas concentration is excessively high, or the combustion temperature rises in a cylinder where the oxygen concentration is excessively high. There is a problem that knocking occurs due to Such a phenomenon tends to occur particularly in an engine fueled with natural gas.
本開示の技術は、内燃機関の吸気系構造において、新気とEGRガスとの混合を効果的に促進することを目的とする。 The technique of the present disclosure aims to effectively promote mixing of fresh air and EGR gas in an intake system structure of an internal combustion engine.
本開示の技術は、内燃機関の排気系から還流される再循環排気を導入する再循環排気還流部と、前記再循環排気還流部の下流端から延びると共に、新気と前記再循環排気とを混合させる吸気混合部と、少なくともその一部を前記吸気混合部に隣接させると共に、前記吸気混合部にて混合された吸気を前記内燃機関のシリンダヘッドに形成された吸気ポートに分配する吸気分配部と、前記吸気混合部と前記吸気分配部との隣接部位に延設されて、前記吸気混合部と前記吸気分配部とを仕切る仕切壁部と、を備えることを特徴とする。 The technology of the present disclosure extends from a downstream end of the recirculated exhaust gas recirculation unit to a recirculated exhaust gas recirculation unit that introduces recirculated exhaust gas that is recirculated from the exhaust system of the internal combustion engine, and extends fresh air and the recirculated exhaust gas. An intake air mixing portion to be mixed, and an intake air distribution portion for making at least a part thereof adjacent to the intake air mixing portion and distributing the intake air mixed in the intake air mixing portion to an intake port formed in a cylinder head of the internal combustion engine And a partition wall portion extended in an adjacent part of the intake air mixing portion and the intake air distribution portion to separate the intake air mixing portion and the intake air distribution portion.
また、前記吸気混合部の下流端と前記吸気分配部の上流端とを接続して前記吸気混合部から流れ込む吸気を前記吸気分配部に向けて折り返す吸気折り返し部をさらに備えることが好ましい。 Further, it is preferable to further include an intake turn-around portion that connects the downstream end of the intake mixing portion and the upstream end of the intake distribution portion and turns back the intake air flowing from the intake mixing portion toward the intake distribution portion.
また、前記再循環排気還流部、前記吸気混合部、前記吸気分配部、前記仕切壁部及び、前記吸気折り返し部が一体に形成された吸気マニホールドであってもよい。 The air intake manifold may be one in which the recirculation exhaust gas recirculation unit, the intake air mixing unit, the intake air distribution unit, the partition wall, and the intake air return unit are integrally formed.
また、前記吸気折り返し部の下流端側に、前記吸気分配部よりも前記シリンダヘッド側に円弧状に凸となるように湾曲する湾曲部が設けられてもよい。 Further, a curved portion may be provided on the downstream end side of the intake air return portion so as to be convex in a circular arc shape closer to the cylinder head than the intake distribution portion.
また、前記吸気折り返し部の前記湾曲部よりも下流側に、前記湾曲部と前記吸気分配部の上流端との間に所定の距離を確保する直線状部が設けられてもよい。 Further, a linear portion may be provided on the downstream side of the curved portion of the intake air-folded portion to secure a predetermined distance between the curved portion and the upstream end of the intake air distribution portion.
本開示の技術によれば、新気とEGRガスとの混合を効果的に促進することができる。 According to the technology of the present disclosure, mixing of fresh air and EGR gas can be effectively promoted.
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る内燃機関の吸気系構造について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, an intake system structure of an internal combustion engine according to the present embodiment will be described based on the attached drawings. The same parts are given the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description about them will not be repeated.
図1は、本実施形態に係る内燃機関の吸排気系を示す模式的な全体構成図である。内燃機関としてのエンジンEは、主として、シリンダヘッド及びシリンダブロック等で構成されるエンジン本体部10を備えている。エンジン本体部10のシリンダブロックには、不図示のピストンを往復移動可能に収容する複数のシリンダ(以下、気筒)#1〜#4が設けられている。また、エンジン本体部10のシリンダヘッドには、吸気ポート12A,B及び排気ポート13A,Bが形成されている。
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram showing an intake and exhaust system of an internal combustion engine according to the present embodiment. An engine E as an internal combustion engine mainly includes an engine
なお、図示例において、エンジンEは4気筒直列エンジンとして示されているが、これには限定されず、単気筒、或いは、4気筒以外の多気筒エンジンであってもよい。また、エンジンEは、各気筒#1〜#4に対して2つの吸気ポート12A,B及び2つの排気ポート13A,Bが設けられた4バルブエンジンとして示されているが、2バルブエンジンであってもよい。
Although the engine E is illustrated as a four-cylinder in-line engine in the illustrated example, the present invention is not limited thereto, and may be a single cylinder or a multi-cylinder engine other than four cylinders. Further, although the engine E is shown as a four-valve engine provided with two
エンジン本体部10のシリンダヘッドの吸気側には、各吸気ポート12A,Bに吸気(新気及び、又は新気とEGRガスとの混合気)を分配する吸気マニホールド20が取り付けられている。吸気マニホールド20には、吸気管50が接続されている。吸気管50には、上流側から順に、エアクリーナ51、過給機80のコンプレッサ81、インタークーラ52、吸気スロットルバルブ53等が設けられている。
On the intake side of the cylinder head of the
エンジン本体部10のシリンダヘッドの排気側には、各排気ポート13A,Bから排気を集合させる排気マニホールド60が取り付けられている。排気マニホールド60には、排気管61が接続されている。排気管61には、上流側から順に、過給機80のタービン82、排気浄化装置83等が設けられている。
On the exhaust side of the cylinder head of the
EGR装置70は、所謂高圧EGR装置であって、タービン82よりも上流側の排気管61(又は、排気マニホールド60)から分岐して吸気マニホールド20に合流するEGR配管71と、EGR配管71に設けられたEGRクーラ72と、EGR配管71のEGRクーラ72よりも下流側に設けられたEGRバルブ73と、逆止弁として機能するリードバルブ74とを備えている。EGR装置70は、エンジンEの運転状態に応じて、不図示のコントロールユニットによりEGRバルブ73の開閉度が制御されることにより、EGRガス量(EGR率)が適宜に調整されるようになっている。
The EGR
次に、図2に基づいて、本実施形態に係る吸気系構造の要部である吸気マニホールドの詳細について説明する。 Next, details of the intake manifold, which is a main part of the intake system structure according to the present embodiment, will be described based on FIG.
図2に示すように、吸気マニホールド20は、上流側から順に、吸気管50(又は、不図示の吸気スロットルバルブユニット)の出口部が接続された新気入口部21と、EGR配管71の出口部が合流するEGR還流部22と、新気とEGRガスとを混合させる吸気混合部23と、吸気混合部23を通過した吸気(新気とEGRガスとの混合気)を折り返す吸気折り返し部24と、吸気折り返し部24にて折り返された吸気を各気筒#1〜#4に分配する吸気分配部25と、吸気分配部25にて分配された吸気を各吸気ポート16A,Bに供給する第1〜第4供給管部30,35,40,45とを一体に備えている。
As shown in FIG. 2, in the
第1〜第4供給管部30,35,40,45は、上流側から順に、吸気分配部25内に臨んで開口する第1〜第4吸気導入部31,36,41,46と、第1〜第4吸気導入部31,36,41,46から二股に分岐形成されて各吸気ポート16A,Bにそれぞれ接続された接続管部32,37,42,47とを備えている。第1〜第4吸気導入部31,36,41,46には、燃料(本実施形態では、例えば天然ガス)を噴射して吸気と予混合させる第1〜第4インジェクタ38,39,48,49がそれぞれ設けられている。
The first to fourth
新気入口部21は、上面視において、吸気分配部25の第1吸気導入部31と第2吸気導入部36との略中間位置に対応する部位の外壁から反シリンダヘッドCH側に所定量ほど離間した位置に配設されている。新気入口部21の下流端には、EGR還流部22の上流端が一体的に結合されている。
The fresh
EGR還流部22は、上面視において、新気入口部21の下流端から、吸気分配部25の第2吸気導入部36と第3吸気導入部41との略中間位置に対応する部位の外壁に向かって斜めに延設されている。EGR還流部22の下流端には、吸気混合部23の上流端が一体的に結合されている。すなわち、EGR還流部22内に流れ込んだEGRガスが、新気入口部21から流入する新気と共に、吸気混合部23に導入されるようになっている。なお、EGR還流部22の形状は、図示例の形状に限定されず、新気入口部21やEGR配管71の配置又は形状等に応じて適宜に変形することができる。
The
吸気混合部23は、上面視において、気筒配列方向と略平行に延びると共に、吸気分配部25に隣接して設けられている。吸気混合部23の下流端には、吸気折り返し部24の上流端が一体的に結合されている。本実施形態において、吸気混合部23と吸気分配部25との境界部位には、これらの空間を仕切る仕切壁28が、吸気混合部23の上流端から下流端の全長に亘って設けられている。吸気混合部23及び、仕切壁28の気筒配列方向(長手方向)の長さLは、好ましくは、その下流端29が、吸気混合部23内の吸気流れ方向Xに対して、吸気分配部25内に臨む第4吸気導入部46の開口部46Aよりも下流側に位置する長さとなるように設定されている。
The
このように、仕切壁28を設けることにより、新気入口部21からEGR還流部22を介して吸気混合部23に流れ込む新気と、EGR還流部22から吸気混合部23に流れ込むEGRガスとが、吸気混合部23内を仕切壁28に沿って流れる間に効果的に混合されるようになる。また、仕切壁28の下流端29を第4吸気導入部46の開口部46Aよりも吸気流れ方向Xの下流側に位置させることで、吸気が吸気折り返し部24を通過することなく第4吸気導入部46に直接的、且つ、集中的に流れ込むことを効果的に防止できるようになっている。
Thus, by providing the
吸気折り返し部24は、上流側から順に、第1湾曲部24Aと、第2湾曲部24Bと、直線状部24Cとを備えている。
The intake air-folded
第1湾曲部24Aは、上面視において、その外壁が吸気混合部23の下流端外壁からシリンダヘッドCH側に向けて半円弧状に延びる湾曲状に形成されている。すなわち、吸気混合部23から吸気折り返し部24内に流入した吸気が、第1湾曲部24Aの内壁面に沿って流されることにより、吸気の流れをシリンダヘッドCH側に確実に指向させつつ、新気とEGRガスとの混合がさらに促進されるようになっている。
The first
第2湾曲部24Bは、上面視において、その外壁が第1湾曲部24Aの下流端外壁からシリンダヘッドCHに向かって延びると共に、吸気分配部25よりもシリンダヘッドCH側に円弧状に凸となるように湾曲して形成されている。すなわち、第2湾曲部24Bの内壁面に沿って流される吸気の少なくとも一部が、図中矢印Yで示すように、吸気分配部25内をシリンダヘッドCH側から次第に離反する斜め方向に向けられるようになっている。これにより、吸気折り返し部24にて折り返された吸気が最も上流側の第4吸気導入部46に集中的に分配されることを効果的に抑止しつつ、各気筒#1〜#4に分配される吸気の流量均一化が図られるようになっている。
The second
直線状部24Cは、上面視において、第2湾曲部24Bの下流端から吸気分配部25の上流端に向かって気筒配列方向に所定の長さで延設されている。このように、第2湾曲部24Bの下流端と、第4吸気導入部46の開口部46Aが隣接する吸気分配部25の上流端との間に、これらの距離を確保する直線状部24Cを設けることにより、第2湾曲部24Bにて図中矢印Y方向に向けられることなく直線状部24Cに沿って流れる吸気(図中矢印Z参照)が第4吸気導入部46に集中的に流れ込むことを効果的に防止できるようになっている。
The
吸気分配部25は、上面視において、気筒配列方向と略平行に延びると共に、その流路幅を上流側から下流側に向かうに従い狭くなるように形成されている。このように、吸気分配部25の流路幅を次第に狭くすることで、吸気分配部25内の下流側領域における吸気の流速低下が効果的に抑制されるようになっている。
The intake
以上詳述した本実施形態によれば、EGR還流部22の下流端に吸気混合部23が接続され、さらに、吸気混合部23と吸気分配部25との隣接部位に、これらの空間を仕切る仕切壁28が設けられている。すなわち、新気入口部21から流れ込む新気と、EGR還流部22に流れ込むEGRガスとを、吸気分配部25に直接的に流入させることなく、吸気混合部23内に確実に流通させるようになっている。これにより、新気及びEGRガスが、吸気混合部23内の仕切壁28に沿って流されるようになり、これら新気及びEGRガスの混合を効果的に促進させることが可能になる。
According to this embodiment described in detail above, the
また、吸気折り返し部24の上流側に第1湾曲部24Aを設けることにより、新気とEGRガスとの混合をさらに促進させつつ、吸気折り返し部24の下流側に第2湾曲部24Bを設けることにより、吸気の少なくとも一部が吸気分配部25内をシリンダヘッドCH側から次第に離反する斜め方向に向けられるようになり、吸気折り返し部24の下流端に直線状部24Cを設けることにより、第4吸気導入部46の開口部46Aとの距離が確保されるようになっている。これにより、吸気折り返し部24にて折り返された吸気が最も上流側の第4吸気導入部46に集中的に分配されることを効果的に抑止することが可能となり、各気筒#1〜#4に分配される吸気の流量均一化を図ることができる。
Further, by providing the first
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.
例えば、本実施形態の吸気系構造は、新気入口部21、EGR還流部22、吸気混合部23、吸気折り返し部24、吸気分配部25及び、第1〜第4供給管部30,35,40,45が一体に形成された吸気マニホールド20として説明したが、これらの一部を吸気マニホールド20とは別体に形成して構成することもできる。
For example, the intake system structure of the present embodiment includes the
また、エンジンEは、燃料に天然ガスを用いるものとして説明したが、これには限定されず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することが可能である。 Further, although the engine E has been described as using natural gas as the fuel, the invention is not limited thereto, and can be widely applied to other internal combustion engines such as a gasoline engine and a diesel engine.
E エンジン
CH シリンダヘッド
10 エンジン本体部
20 吸気マニホールド
21 新気入口部
22 EGR還流部
23 吸気混合部
24 吸気折り返し部
24A 第1湾曲部
24B 第2湾曲部
24C 直線状部
25 吸気分配部
28 仕切壁
50 吸気管
71 EGR配管
E Engine
Claims (5)
前記再循環排気還流部の下流端から延びると共に、新気と前記再循環排気とを混合させる吸気混合部と、
少なくともその一部を前記吸気混合部に隣接させると共に、前記吸気混合部にて混合された吸気を前記内燃機関のシリンダヘッドに形成された吸気ポートに分配する吸気分配部と、
前記吸気混合部と前記吸気分配部との隣接部位に延設されて、前記吸気混合部と前記吸気分配部とを仕切る仕切壁部と、を備える
ことを特徴とする内燃機関の吸気系構造。 A recirculated exhaust gas recirculation unit for introducing a recirculated exhaust gas recirculated from the exhaust system of the internal combustion engine;
An intake mixing unit extending from the downstream end of the recirculation exhaust gas recirculation unit and mixing fresh air with the recirculation exhaust gas;
An intake distribution unit for making at least a part thereof adjacent to the intake mixing unit and distributing the intake air mixed in the intake mixing unit to an intake port formed in a cylinder head of the internal combustion engine;
An intake system structure of an internal combustion engine, comprising: a partition wall portion extended to an adjacent portion between the intake air mixing portion and the intake air distribution portion to separate the intake air mixing portion and the intake air distribution portion.
請求項1に記載の内燃機関の吸気系構造。 The internal combustion engine according to claim 1, further comprising an intake air return portion connecting the downstream end of the intake air mixing portion and the upstream end of the intake air distribution portion and turning back the intake air flowing from the intake air mixing portion toward the intake air distribution portion. Intake system structure.
請求項2に記載の内燃機関の吸気系構造。 The intake system structure of an internal combustion engine according to claim 2, wherein the recirculation exhaust gas recirculation unit, the intake mixing unit, the intake distribution unit, the partition wall portion, and the intake return portion are integrally formed.
請求項2又は3に記載の内燃機関の吸気系構造。 The intake system of an internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein on the downstream end side of the intake air return portion, a curved portion which is curved so as to be arcuately convex closer to the cylinder head than the intake distribution portion. Construction.
請求項4に記載の内燃機関の吸気系構造。 The internal combustion engine according to claim 4, wherein a linear portion for securing a predetermined distance between the curved portion and the upstream end of the intake distribution portion is provided on the downstream side of the curved portion of the intake turnaround portion. Intake system structure.
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